DE202020005654U1 - shell and tube heat exchanger - Google Patents

shell and tube heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
DE202020005654U1
DE202020005654U1 DE202020005654.5U DE202020005654U DE202020005654U1 DE 202020005654 U1 DE202020005654 U1 DE 202020005654U1 DE 202020005654 U DE202020005654 U DE 202020005654U DE 202020005654 U1 DE202020005654 U1 DE 202020005654U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat exchanger
tube
exchanger tubes
tubes
tube sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE202020005654.5U
Other languages
German (de)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wieland Werke AG
Original Assignee
Wieland Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wieland Werke AG filed Critical Wieland Werke AG
Priority to DE202020005654.5U priority Critical patent/DE202020005654U1/en
Publication of DE202020005654U1 publication Critical patent/DE202020005654U1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/04Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/18Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by welding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/04Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • F28F9/162Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling by using bonding or sealing substances, e.g. adhesives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/02Fastening; Joining by using bonding materials; by embedding elements in particular materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/04Fastening; Joining by brazing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/06Fastening; Joining by welding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00Fastening; Joining
    • F28F2275/12Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/125Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by bringing elements together and expanding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Rohrbündelwärmetauscher (1) mit einem umhüllenden Außenmantel (2) sowie zumindest einem Rohrboden (3), die zusammen einen Innenraum (4) des Rohrbündelwärmetauschers (1) definieren, umfassend
- ein Rohrbündel mit einer Vielzahl von Wärmeaustauscherrohren (5), die im Innenraum (4) angeordnet von einem ersten Wärmeübertragerfluid durchströmbar sind und wahlweise durch zusätzliche Stützbleche (6) gestützt werden, wobei die Wärmeaustauscherrohre (5) auf ihrer Außenseite eine Außenberippung (51) aufweisen,
- zumindest einen Einlass (8) am Außenmantel (2), über den ein die Wärmeaustauscherrohre (5) umströmendes zweites Wärmeübertragerfluid in den Innenraum (4) eingeleitet werden kann, und zumindest einen Auslass (9), über den das zweite Wärmeübertragerfluid aus dem Innenraum (4) abgeleitet werden kann,
- wahlweise mindestens einen an dem mindestens einen Rohrboden (3) angeordneten Anschlusskasten (7) zur Verteilung, Umlenkung oder Sammlung des ersten Wärmeübertragerfluids, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Wärmeaustauscherrohre (5) an Durchtrittsstellen (31) mit ihrer Außenberippung (51) in den Rohrboden (3) eintreten oder durch den Rohrboden (3) hindurchtreten, und
- dass an diesen Durchtrittsstellen (31) die Wärmeaustauscherrohre (5) eine stoffschlüssige Verbindung (32) mit dem Rohrboden (3) aufweisen.

Figure DE202020005654U1_0000
Tube bundle heat exchanger (1) with an enveloping outer shell (2) and at least one tube sheet (3), which together define an interior space (4) of the tube bundle heat exchanger (1).
- a tube bundle with a large number of heat exchanger tubes (5), which are arranged in the interior (4) and through which a first heat transfer fluid can flow and are optionally supported by additional support plates (6), the heat exchanger tubes (5) having external ribbing (51) on their outside exhibit,
- At least one inlet (8) on the outer jacket (2) through which a second heat transfer fluid flowing around the heat exchanger tubes (5) can be introduced into the interior (4), and at least one outlet (9) through which the second heat transfer fluid can be discharged from the interior (4) can be derived,
- optionally at least one connection box (7) arranged on the at least one tube plate (3) for distribution, deflection or collection of the first heat transfer fluid, characterized in that
- that the heat exchanger tubes (5) enter the tube sheet (3) at passage points (31) with their outer ribbing (51) or pass through the tube sheet (3), and
- that at these passage points (31) the heat exchanger tubes (5) have a material connection (32) to the tube sheet (3).
Figure DE202020005654U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrbündelwärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a tube bundle heat exchanger according to the preamble of claim 1.

Rohrbündelwärmetauscher dienen dazu, Wärme von einem ersten Fluid auf ein zweites Fluid zu übertragen. Zu diesem Zweck weist ein Rohrbündelwärmetauscher zumeist einen Hohlzylinder auf, in dessen Innerem eine Vielzahl von Rohren angeordnet ist. Eines der beiden Fluide kann durch die Rohre geleitet werden, das andere Fluid durch den Hohlzylinder, insbesondere um die Rohre herum Die Rohre sind mit ihren Enden an einem Rohrboden oder mehreren Rohrböden des Rohrbündelwärmetauschers entlang ihres Umfangs befestigt. Im Zuge des Herstellungsprozesses eines Rohrbündelwärmetauschers werden die Rohre mit ihren Enden beispielsweise stoffschlüssig mit dem Rohrboden verbunden Generell ist es wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, um Rohre eines Rohrbündelwärmetauschers mit einem Rohrboden des Rohrbündelwärmetauschers auf aufwandsarme und kostengünstige Weise in hoher Qualität miteinander zu verbinden.Shell and tube heat exchangers are used to transfer heat from a first fluid to a second fluid. For this purpose, a shell-and-tube heat exchanger usually has a hollow cylinder inside which a large number of tubes are arranged. One of the two fluids can be passed through the tubes, the other fluid through the hollow cylinder, in particular around the tubes. The ends of the tubes are fastened to a tube sheet or several tube sheets of the tube bundle heat exchanger along their circumference. In the course of the manufacturing process of a tube bundle heat exchanger, the ends of the tubes are connected to the tube sheet, for example with a material fit.

Aus der Druckschrift WO 2017/ 025 184 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden von Rohren eines Rohrbündelwärmetauschers mit einem Rohrboden beschrieben. Die Rohre und der Rohrboden sind jeweils aus Aluminium oder einer AluminiumLegierung gefertigt und werden mittels Laserschweißens mit dem Rohrboden stoffschlüssig verbunden. Die Intensität des erzeugten Laserstrahls liegt dabei über 1 MW/cm2. Auch ist angedacht, dass die Rohre des Rohrbündelwärmetauschers mit dem Rohrboden vor dem Laserschweißen formschlüssig verbunden werden.The publication WO 2017/025 184 A1 describes a method for connecting tubes of a tube bundle heat exchanger to a tube sheet. The tubes and the tube sheet are each made of aluminum or an aluminum alloy and are bonded to the tube sheet by means of laser welding. The intensity of the generated laser beam is over 1 MW/cm2. It is also considered that the tubes of the tube bundle heat exchanger are positively connected to the tube sheet before the laser welding.

Der herzustellende Rohrbündelwärmetauscher weist in seinem gefertigten, betriebsbereiten Zustand eine Vielzahl von Rohren auf, die im Inneren eines Hohlzylinders angeordnet sind. Der Rohrboden kann als eine Platte ausgebildet sein und weist Bohrungen auf, welche in ihrem Durchmesser im Wesentlichen den Außendurchmessern der Rohre entsprechen Jedes Rohr ist mit einem seiner Enden jeweils an einer dieser Bohrungen befestigt.In its finished, ready-to-operate state, the tube bundle heat exchanger to be manufactured has a large number of tubes, which are arranged inside a hollow cylinder. The tube sheet can be designed as a plate and has bores whose diameter essentially corresponds to the outer diameter of the tubes. Each tube is fastened with one of its ends to one of these bores.

Die Rohre können innerhalb des Hohlzylinders als Geradrohr-Wärmetauscher geradlinig verlaufen In diesem Fall sind zwei Rohrböden vorgesehen, welche an gegenüberliegenden Enden des Geradrohr-Wärmetauschers angeordnet sind. Jedes Rohr ist mit jeweils einem seiner Enden dabei an jeweils einem dieser zwei Rohrböden befestigt.The tubes can run in a straight line within the hollow cylinder as a straight-tube heat exchanger. In this case, two tube sheets are provided, which are arranged at opposite ends of the straight-tube heat exchanger. Each tube is attached with one of its ends to one of these two tube sheets.

Die Rohre können innerhalb des Hohlzylinders auch als U-Rohr-Wärmetauscher U-förmig verlaufen Ein derartiger U-Rohr-Wärmetauscher weist üblicherweise nur einen Rohrboden auf. Da die Rohre in diesem Fall U-förmig gebogen sind, können sie jeweils mit ihren beiden Enden an demselben Rohrboden befestigt werdenThe tubes can also run in a U-shape within the hollow cylinder as a U-tube heat exchanger. Such a U-tube heat exchanger usually has only one tube plate. In this case, since the tubes are bent into a U-shape, they can be attached to the same tube plate at both ends

Aus der DE 10 2006 031 606 A1 ist ein Verfahren zum Laserschweißen eines Wärmetauschers zur Abgaskühlung bekannt, bei dem einer Vorschubbewegung des Laserstrahls zudem eine Pendelbewegung überlagert wird. Diese Pendelbewegung erfolgt im Wesentlichen in senkrechter Richtung zu der Vorschubrichtung. Die Pendelbewegung erfolgt aus Gründen der besseren Überbrückung von SpaltenFrom the DE 10 2006 031 606 A1 a method for laser welding a heat exchanger for exhaust gas cooling is known, in which an oscillating movement is also superimposed on a feed movement of the laser beam. This pendulum movement takes place essentially in the direction perpendicular to the feed direction. The pendulum movement is carried out for reasons of better bridging of gaps

Des Weiteren ist aus der Druckschrift WO 2017/ 125 253 A1 ein Verfahren zum Verbinden von Rohren eines Rohrbündelwärmetauschers mit einem Rohrboden bekannt. Die Rohre werden mittels Laserschweißen mit dem Rohrboden stoffschlüssig verbunden. Zur Verbindung wird ein Laserstrahl erzeugt und auf eine zu schweißende Stelle in einem Verbindungsbereich zwischen Rohr und Rohrboden fokussiert. Hierbei wird der Laserstrahl derart bewegt, dass er eine erste Bewegung über den Verbindungsbereich hinweg und eine der ersten Bewegung überlagerte zweite Bewegung vollzieht, die unterschiedlich zu der ersten Bewegung ist. Durch die zweite Bewegung wird gezielt die Schmelzbaddynamik beeinflusst und eine entstehende Dampfkapillare vorteilhaft modifiziert.Furthermore, a method for connecting tubes of a tube bundle heat exchanger to a tube plate is known from publication WO 2017/125 253 A1. The tubes are firmly bonded to the tube sheet by means of laser welding. For the connection, a laser beam is generated and focused on a point to be welded in a connection area between tube and tube sheet. Here, the laser beam is moved in such a way that it completes a first movement across the connection area and a second movement that is superimposed on the first movement and that is different from the first movement. The second movement specifically influences the melt pool dynamics and advantageously modifies a vapor capillary that is created.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rohre eines Rohrbündelwärmetauschers mit einem Rohrboden zuverlässig und in aufwandsarmer Weise in hoher Qualität zu verbindenThe object of the invention is to connect tubes of a tube bundle heat exchanger to a tube plate reliably and with little effort and with high quality

Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.The invention is represented by the features of claim 1. The further dependent claims relate to advantageous developments and refinements of the invention.

Die Erfindung schließt einen Rohrbündelwärmetauscher mit einem umhüllenden Außenmantel sowie zumindest einem Rohrboden ein, die zusammen einen Innenraum des Rohrbündelwärmetauschers definieren. Der Rohrbündelwärmetauscher umfasst ein Rohrbündel mit einer Vielzahl von Wärmeaustauscherrohren, die im Innenraum angeordnet von einem ersten Wärmeübertragerfluid durchströmbar sind und wahlweise durch zusätzliche Stützbleche gestützt werden, wobei die Wärmeaustauscherrohre auf ihrer Außenseite eine Außenberippung aufweisen. Der Rohrbündelwärmetauscher umfasst zumindest einen Einlass am Außenmantel, über den ein die Wärmeaustauscherrohre umströmendes zweites Wärmeübertragerfluid in den Innenraum eingeleitet werden kann, und zumindest einen Auslass, über den das zweite Wärmeübertragerfluid aus dem Innenraum abgeleitet werden kann. Der Rohrbündelwärmetauscher umfasst wahlweise mindestens einen an dem mindestens einen Rohrboden angeordneten Anschlusskasten zur Verteilung, Umlenkung oder Sammlung des ersten Wärmeübertragerfluids. Die Wärmeaustauscherrohre treten an Durchtrittsstellen mit ihrer Außenberippung in den Rohrboden ein oder durch den Rohrboden hindurch An diesen Durchtrittsstellen weisen die Wärmeaustauscherrohre eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Rohrboden auf. Dadurch grenzt die Außenberippung folglich auch unmittelbar an die Rohrbodenwandung an oder tritt mit dieser in Kontakt.The invention includes a tube bundle heat exchanger with an enclosing outer shell and at least one tube sheet, which together define an interior space of the tube bundle heat exchanger. The tube bundle heat exchanger comprises a tube bundle with a plurality of heat exchanger tubes arranged in the interior through which a first heat transfer fluid can flow and are optionally supported by additional support plates, the heat exchanger tubes having external ribbing on their outside. The tube bundle heat exchanger comprises at least one inlet on the outer shell, through which a second heat exchanger fluid flowing around the heat exchanger tubes can be introduced into the interior, and at least one outlet through which the second heat exchanger fluid from the Interior can be derived. The tube bundle heat exchanger optionally includes at least one connection box arranged on the at least one tube plate for distribution, deflection or collection of the first heat transfer fluid. At passage points, the heat exchanger tubes enter the tube sheet with their outer ribbing or through the tube sheet. At these passage points, the heat exchanger tubes have an integral connection with the tube sheet. As a result, the outer ribbing is also directly adjacent to the tube sheet wall or comes into contact with it.

Mit anderen Worten: Die Wärmeaustauscherrohre weisen innerhalb der Durchtrittsstellen, an denen sie in einen Rohrboden ein oder durch einen Rohrboden hindurchtreten eine Außenberippung auf. Diese Außenberippung wird durch das Material für eine stoffschlüssige Verbindung umschlossen und so ein Durchtritt von Gas oder Flüssigkeit hermetisch abgedichtet. Zum reinen Stoffschluss können auch Kombination zusammen mit Kraftschluss und Formschluss in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.In other words: the heat exchanger tubes have external ribbing within the passage points at which they pass into a tube sheet or through a tube sheet. This outer ribbing is surrounded by the material for a material connection and the passage of gas or liquid is thus hermetically sealed. For a pure material connection, combinations together with a force fit and a form fit can also be used in an advantageous manner.

Zur Außenberippung kann ein Wärmeaustauscherrohr zudem wahlweise eine Innenstruktur aufweisen. Die Innenstruktur kann in Gestalt einer innen umlaufenden Helix mit einem vorgegebenen Drallwinkel ausgeführt sein. Für den Fall, dass die Außenseite der Wärmeaustauscherrohre eine spiralig umlaufende Außenberippung aufweist, kann die Steigung der umlaufenden Außenberippung gleich, geringer oder größer als die durch den Drallwinkel vorgegebene Steigung der umlaufenden Helix ausgebildet sein. Beide Strukturen können sich folglich dahingehend unterscheiden, dass zur stoffschlüssigen Verbindung der Außenseite eines Wärmeaustauscherrohres mit der Behälterwandung die Gestaltung der Außenberippung und der Innenstruktur unabhängig voneinander gestaltet und so optimiert werden können.For external ribbing, a heat exchanger tube can also optionally have an internal structure. The internal structure can be designed in the form of an internally circumferential helix with a predetermined helix angle. In the event that the outside of the heat exchanger tubes has spiral outer ribbing, the pitch of the encircling outer ribbing can be the same as, less than or greater than the pitch of the encircling helix predetermined by the twist angle. The two structures can consequently differ in that for the integral connection of the outside of a heat exchanger tube to the container wall, the design of the external ribbing and the internal structure can be designed independently of one another and can thus be optimized.

Zur Optimierung des Wärmeaustauschs sind beiden Strukturen jedoch gewisse Grenzen vorgegeben So liegt das Verhältnis der maximalen Strukturhöhe der Außenberippung und der maximalen Strukturhöhe der Innenstruktur für Verflüssigerrohre bevorzugt im Bereich von 1,25 bis 5 und für Verdampferrohre bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2.To optimize the heat exchange, however, both structures are subject to certain limits. The ratio of the maximum structure height of the outer ribbing and the maximum structure height of the inner structure is preferably in the range from 1.25 to 5 for condenser tubes and preferably in the range from 0.5 to 2 for evaporator tubes.

Vor allem Investitionskosten sollen gespart werden, da die erfindungsgemäßen Rohrbündelwärmetauscher wesentlich kompakter gebaut werden können. Hierbei reicht die Außenberippung bis an den Rohrboden heran, wodurch die Anzahl der Wärmeaustauscherrohre pro Einheit deutlich reduziert werden kann. Je nach Anforderung ermöglichen die Rippenrohre einen effizienteren Energieeinsatz oder die Reduzierung von Füllmengen, was die Betriebskosten senkt.Above all, investment costs are to be saved, since the tube bundle heat exchanger according to the invention can be built much more compactly. The outer ribbing extends to the tube sheet, which means that the number of heat exchanger tubes per unit can be significantly reduced. Depending on the requirements, the finned tubes enable more efficient use of energy or the reduction of filling quantities, which lowers operating costs.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine stoffschlüssige Verbindung der Wärmeaustauscherrohre mit den Rohrböden besonders zuverlässig und aufwandsarm in hoher Qualität erzielt wird. Erfindungsgemäß tritt ein Wärmeaustauscherrohr mit seiner außenseitigen Außenberippung in den Rohrboden ein oder durch den Rohrboden hindurch. An die stoffschlüssige Verbindung der Rohre mit dem Rohrboden verbleibt dann unmittelbar angrenzend die Außenberippung erhalten. Dies hat den besonderen Vorteil, dass im Inneren des Rohrbündelwärmetauschers die Wärmeaustauscherrohre für eine effiziente Wärmeübertragung eine durchgängige Außenberippung aufweisen.The invention is based on the consideration that an integral connection of the heat exchanger tubes to the tube sheets is achieved in a particularly reliable and low-cost manner with high quality. According to the invention, a heat exchanger tube with its external ribbing on the outside enters the tube sheet or passes through the tube sheet. The outer ribbing then remains immediately adjacent to the material connection of the tubes with the tube sheet. This has the particular advantage that inside the tube bundle heat exchanger, the heat exchanger tubes have continuous external ribbing for efficient heat transfer.

Vorteilhafterweise kann die stoffschlüssige Verbindung gasdicht und druckbeständig ausgeführt sein. Über die Funktionen hinsichtlich mechanischer Stabilität verbunden mit einer effizienten Wärmeübertragung hinaus ist eine hermetische Abdichtung zur Verhinderung eines Fluidaustausches mit der Umgebung in jedem Betriebsmodus wichtig.Advantageously, the material connection can be gas-tight and pressure-resistant. In addition to the mechanical stability features associated with efficient heat transfer, hermetic sealing to prevent fluid exchange with the environment is important in any mode of operation.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Wärmeaustauscherrohre in den Durchtrittsstellen einen Rohrinnendurchmesser D2 auf, der größer ist als der Rohrinnendurchmesser D1 der Wärmeaustauscherrohre außerhalb der Durchtrittsstellen.In an advantageous embodiment of the invention, the heat exchanger tubes in the points of passage have an inside diameter D2 that is larger than the inside diameter D1 of the heat exchanger tubes outside of the points of passage.

Wenn die Wärmeaustauscherrohre innerhalb der Durchtrittsstellen, an denen sie in den Rohrboden ein oder durch den Rohrboden hindurchtreten immer noch eine Außenberippung aufweisen, liegt verfahrensseitig eine Aufweitung des Wärmeaustauscherrohres mit der Folge eines vergrößerten Durchtrittsinnendurchmessers D2 zugrunde. Durch eine Aufweitung wird dann innerhalb einer Durchtrittsstelle die Außenberippung gequetscht. Dennoch sorgt die stoffschlüssige Verbindung letztendlich für eine stabile hermetische Abdichtung.If the heat exchanger tubes still have external ribbing within the passage points at which they enter or pass through the tube sheet, the process is based on a widening of the heat exchanger tube with the result of an enlarged inner passage diameter D2. The outer ribbing is then squeezed within a penetration point by a widening. Nevertheless, the material connection ultimately ensures a stable hermetic seal.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die Wärmeaustauscherrohre in einen Rohrboden gelötet, geklebt oder geschweißt sein. Zu den genannten bevorzugten Verbindungsarten können auch weitere hinzutreten, welche die Wärmeaustauscherrohre mittels einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Rohrboden zuverlässig fügen.In an advantageous embodiment of the invention, the heat exchanger tubes can be soldered, glued or welded into a tube sheet. In addition to the preferred types of connection mentioned, others can also be added which reliably join the heat exchanger tubes to the tube sheet by means of a materially bonded connection.

Prinzipiell kann die Außenberippung auf der Außenseite der Wärmeaustauscherrohre bevorzugt in umfänglicher Richtung oder in axialer Richtung parallel zur Rohrachse verlaufen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Außenseite der Wärmeaustauscherrohre eine spiralig umlaufende Außenberippung aufweisen. Bei einer spiraligen Außenberippung muss lediglich ein Restspalt und der spiralig mit einer Außenberippung umlaufende Kanal durch die stoffschlüssige Verbindung zuverlässig abgedichtet werden.In principle, the outer ribbing on the outside of the heat exchanger tubes can preferably run in the circumferential direction or in the axial direction parallel to the tube axis. In an advantageous embodiment of the invention, the outside of the heat exchanger tubes can have a spiral lig circumferential outer ribbing. In the case of spiral external ribbing, only a residual gap and the channel that runs around spirally with external ribbing must be reliably sealed by the material connection.

Auch wenn regelmäßig für die Wärmeaustauscherrohre ein geeignetes einheitliches Material bevorzugt ist, kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mindestens ein erstes Wärmeaustauscherrohr aus einem ersten Material bestehen und mindestens ein zweites Wärmeaustauscherrohr aus einem zweiten Material bestehen, welches sich vom ersten Material unterscheidet. Hinsichtlich der mechanischen Stabilität können Stahlrohre mit besonders hoher Festigkeit einen besonderen Vorteil bieten. Kupferrohre bewirken hingegen eine Optimierung hinsichtlich einer effizienten Wärmeübertragung. Auch andere Materialien, wie beispielsweise Titan, Aluminium, Aluminiumlegierungen sowie Kupfer-Nickel-Legierungen kommen in Betracht.Even if a suitable uniform material is generally preferred for the heat exchanger tubes, in an advantageous embodiment of the invention at least one first heat exchanger tube can consist of a first material and at least one second heat exchanger tube can consist of a second material which differs from the first material. With regard to mechanical stability, steel pipes with particularly high strength can offer a particular advantage. Copper tubes, on the other hand, result in optimization with regard to efficient heat transfer. Other materials such as titanium, aluminum, aluminum alloys and copper-nickel alloys can also be considered.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the schematic drawings.

Darin zeigen:

  • 1 schematisch eine Seitenansicht eines Rohrbündelwärmetauschers,
  • 2 schematisch eine Frontansicht eines Ausschnitts eines Rohrbodens mit Durchtrittsstelle, und
  • 3 schematisch einen senkrechten Schnitt des Rohrbodens in der Ebene der Durchtrittsstelle der Wärmeaustauscherrohre.
Show in it:
  • 1 schematically a side view of a tube bundle heat exchanger,
  • 2 schematically shows a front view of a section of a tube sheet with passage point, and
  • 3 schematically a vertical section of the tube sheet in the plane of the point of passage of the heat exchanger tubes.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Rohrbündelwärmetauschers 1 mit einem umhüllenden Außenmantel 2 sowie zwei Rohrböden 3, die zusammen einen Innenraum 4 des Rohrbündelwärmetauschers 1 definieren. Der Rohrbündelwärmetauscher 1 umfasst ein Rohrbündel mit einer Vielzahl von Wärmeaustauscherrohren 5, die im Innenraum 4 angeordnet von einem ersten Wärmeübertragerfluid durchströmbar sind und durch zusätzliche Stützbleche 6 gestützt werden. Derartige Stützbleche 6 werden oft auch zudem als Leitbleche für den Fluidfluss eingesetzt. Der Rohrbündelwärmetauscher 1 umfasst zudem Anschlusskästen 7, die das erste Wärmeübertragerfluid im Inneren der Wärmeaustauscherrohre je nach Anforderung verteilen, umlenken oder sammeln. Es ist zumindest ein Einlass 8 am Außenmantel 2 vorhanden, über den ein zweites Wärmeübertragerfluid in den Innenraum eingeleitet werden kann, und zumindest ein Auslass 9 über den das zweite Wärmeübertragerfluid aus dem Innenraum abgeleitet werden kann. 1 shows a schematic side view of a tube bundle heat exchanger 1 with an enveloping outer shell 2 and two tube sheets 3 which together define an interior space 4 of the tube bundle heat exchanger 1 . The tube bundle heat exchanger 1 comprises a tube bundle with a multiplicity of heat exchanger tubes 5, which are arranged in the interior 4 and through which a first heat transfer fluid can flow and are supported by additional support plates 6. Such support plates 6 are also often used as guide plates for the flow of fluid. The tube bundle heat exchanger 1 also includes connection boxes 7, which distribute, divert or collect the first heat transfer fluid inside the heat exchanger tubes, depending on requirements. There is at least one inlet 8 on the outer jacket 2, via which a second heat transfer fluid can be introduced into the interior, and at least one outlet 9 via which the second heat transfer fluid can be discharged from the interior.

2 zeigt schematisch eine Frontansicht eines Ausschnitts eines Rohrbodens 3 mit Durchtrittsstellen 31. An einer Durchtrittsstelle 31 ist die Ausnehmung der Rohrbodenwandung 33 bevorzugt gerade so groß, dass ein Wärmeaustauscherrohr 5 mit seiner Außenberippung 51 eingebracht werden kann und dort stoffschlüssig verbunden wird. Klebe- und Lötverbindungen als stoffschlüssige Verbindung 32 können an der Durchtrittsstelle 31 über die gesamte Wandstärke eines Rohrbodens 3 erfolgen. Schweißverbindungen als stoffschlüssige Verbindung 32 können außen und/oder innenseitig am Rohrboden 3 angeordnet werden. Bei günstigem Schmelzfluss kann sich auch bei einseitiger Schweißung von der Außen- oder Innenseite der Rohrbodenwandung 33 eines Rohrbodens 3 eine durch die gesamte Wandstärke erfolgende Schweißverbindung an der Durchtrittsstelle 31 einstellen. 2 shows a schematic front view of a section of a tube sheet 3 with passage points 31. At a passage point 31, the recess in the tube sheet wall 33 is preferably just large enough for a heat exchanger tube 5 to be inserted with its outer ribbing 51 and bonded there. Adhesive and soldered connections as a material connection 32 can be made at the passage point 31 over the entire wall thickness of a tube sheet 3 . Welded connections as an integral connection 32 can be arranged on the outside and/or inside on the tube sheet 3 . If the melt flow is favorable, a weld connection through the entire wall thickness can be established at the passage point 31 even with one-sided welding from the outside or inside of the tube sheet wall 33 of a tube sheet 3 .

3 zeigt schematisch einen senkrechten Schnitt des Rohrbodens 3 entlang der Schnittlinie A-A aus 2 in der Ebene der Durchtrittsstelle 31 eines Wärmeaustauscherrohres 5. Das dargestellte Wärmeaustauscherrohr 5 weist auf der Außenseite eine Außenberippung 51 auf. Das Wärmeaustauscherrohr 5 tritt an der Durchtrittsstelle 31 durch die Rohrbodenwandung 33 hindurch. An dieser Durchtrittsstelle 31 weist das Wärmeaustauscherrohr 5 eine durchgängige Außenberippung 51 sowie eine stoffschlüssige Verbindung 32 in Gestalt einer durchgängigen Schweißnaht mit dem Rohrboden 3 auf. Je nach Materialkombination aus dem Rohrboden 3 und aus dem Wärmeaustauscherrohr 5 kann es an der Schweißstelle 32 zu vorteilhaften intermetallischen neuen Phasenbildungen im Schmelzebad kommen. Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung mit einem örtlich begrenzten Schmelzfluss stellt insbesondere das Laserschweißen dar. 3 FIG. 1 schematically shows a vertical section of the tube sheet 3 along the section line AA 2 in the plane of the point of passage 31 of a heat exchanger tube 5. The heat exchanger tube 5 shown has external ribbing 51 on the outside. The heat exchanger tube 5 passes through the tube sheet wall 33 at the passage point 31 . At this passage point 31 , the heat exchanger tube 5 has continuous outer ribbing 51 and a material connection 32 in the form of a continuous weld seam with the tube sheet 3 . Depending on the combination of materials from the tube plate 3 and from the heat exchanger tube 5, advantageous new intermetallic phases can form in the melt bath at the weld point 32. Laser welding in particular is a suitable method for producing a material connection with a locally limited melt flow.

BezugszeichenlisteReference List

11
Rohrbündelwärmetauschershell and tube heat exchanger
22
Außenmantelouter jacket
33
Rohrbodentube sheet
3131
Durchtrittsstellenpassage points
3232
stoffschlüssige Verbindungmaterial connection
3333
Rohrbodenwandungtube sheet wall
44
Innenrauminner space
55
Wärmeaustauscherrohrheat exchanger tube
5151
Außenberippungexternal ribbing
66
Stützblechgusset
77
Anschlusskastenjunction box
88th
Einlassinlet
99
Auslassoutlet
D1, D2D1, D2
Rohrinnendurchmesserpipe inside diameter
Pfeilarrow
Fluidflussfluid flow
A-AA-A
Schnittliniecutting line

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102006031606 A1 [0007]DE 102006031606 A1 [0007]

Claims (5)

Rohrbündelwärmetauscher (1) mit einem umhüllenden Außenmantel (2) sowie zumindest einem Rohrboden (3), die zusammen einen Innenraum (4) des Rohrbündelwärmetauschers (1) definieren, umfassend - ein Rohrbündel mit einer Vielzahl von Wärmeaustauscherrohren (5), die im Innenraum (4) angeordnet von einem ersten Wärmeübertragerfluid durchströmbar sind und wahlweise durch zusätzliche Stützbleche (6) gestützt werden, wobei die Wärmeaustauscherrohre (5) auf ihrer Außenseite eine Außenberippung (51) aufweisen, - zumindest einen Einlass (8) am Außenmantel (2), über den ein die Wärmeaustauscherrohre (5) umströmendes zweites Wärmeübertragerfluid in den Innenraum (4) eingeleitet werden kann, und zumindest einen Auslass (9), über den das zweite Wärmeübertragerfluid aus dem Innenraum (4) abgeleitet werden kann, - wahlweise mindestens einen an dem mindestens einen Rohrboden (3) angeordneten Anschlusskasten (7) zur Verteilung, Umlenkung oder Sammlung des ersten Wärmeübertragerfluids, dadurch gekennzeichnet, - dass die Wärmeaustauscherrohre (5) an Durchtrittsstellen (31) mit ihrer Außenberippung (51) in den Rohrboden (3) eintreten oder durch den Rohrboden (3) hindurchtreten, und - dass an diesen Durchtrittsstellen (31) die Wärmeaustauscherrohre (5) eine stoffschlüssige Verbindung (32) mit dem Rohrboden (3) aufweisen. Tube bundle heat exchanger (1) with an enveloping outer jacket (2) and at least one tube sheet (3), which together define an interior (4) of the tube bundle heat exchanger (1), comprising - a tube bundle with a multiplicity of heat exchanger tubes (5) which are in the interior ( 4) are arranged through which a first heat transfer fluid can flow and are optionally supported by additional support plates (6), the heat exchanger tubes (5) having external ribbing (51) on their outside, - at least one inlet (8) on the outer jacket (2), via through which a second heat transfer fluid flowing around the heat exchanger tubes (5) can be introduced into the interior (4), and at least one outlet (9) via which the second heat transfer fluid can be discharged from the interior (4), - optionally at least one on the at least a tube sheet (3) arranged junction box (7) for distribution, deflection or collection of the first heat transfer fluid, characterized in that net , - that the heat exchanger tubes (5) enter the tube sheet (3) with their outer ribbing (51) at passage points (31) or pass through the tube sheet (3), and - that at these passage points (31) the heat exchanger tubes (5) have a material connection (32) to the tube sheet (3). Rohrbündelwärmetauscher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (32) gasdicht und druckbeständig ausgeführt ist.Tube bundle heat exchanger (1) according to claim 1 , characterized in that the material connection (32) is gas-tight and pressure-resistant. Rohrbündelwärmetauscher (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherrohre (5) in den Durchtrittsstellen (31) einen Rohrinnendurchmesser D2 aufweisen, der größer ist als der Rohrinnendurchmesser D1 der Wärmeaustauscherrohre (5) außerhalb der Durchtrittsstellen (31)Tube bundle heat exchanger (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the heat exchanger tubes (5) in the passage points (31) have a tube inner diameter D2 which is larger than the tube inner diameter D1 of the heat exchanger tubes (5) outside the passage points (31) Rohrbündelwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaustauscherrohre (5) in einen Rohrboden (3) gelötet, geklebt oder geschweißt sind.Shell and tube heat exchanger (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the heat exchanger tubes (5) are soldered, glued or welded into a tube plate (3). Rohrbündelwärmetauscher (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite der Wärmeaustauscherrohre (5) eine spiralig umlaufende Außenberippung (51) aufweist.Shell and tube heat exchanger (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the outside of the heat exchanger tubes (5) has external ribbing (51) running around in a spiral.
DE202020005654.5U 2020-11-17 2020-11-17 shell and tube heat exchanger Active DE202020005654U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202020005654.5U DE202020005654U1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 shell and tube heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202020005654.5U DE202020005654U1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 shell and tube heat exchanger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202020005654U1 true DE202020005654U1 (en) 2021-12-09

Family

ID=79021450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202020005654.5U Active DE202020005654U1 (en) 2020-11-17 2020-11-17 shell and tube heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202020005654U1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006031606A1 (en) 2006-07-06 2008-01-17 Behr Gmbh & Co. Kg Heat exchanger for cooling of exhaust gas for motor vehicle, has base exhibiting tapering device for tapering base depth within region of connection of base and flow channel, where base accommodates flow channel

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006031606A1 (en) 2006-07-06 2008-01-17 Behr Gmbh & Co. Kg Heat exchanger for cooling of exhaust gas for motor vehicle, has base exhibiting tapering device for tapering base depth within region of connection of base and flow channel, where base accommodates flow channel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3163242B1 (en) Indirect charge-air cooler
DE2810275A1 (en) HEAT EXCHANGER
DE4442040A1 (en) Heat exchanger with a manifold
EP3585509B1 (en) Heat exchanger and reactor
DE112015003055T5 (en) HEAT EXCHANGERS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
EP1906130A2 (en) Heat exchanger for cooling exhaust gas, method for manufacturing a heat exchanger
DE102004002252B4 (en) Heat exchanger for vehicles
DE102006002932A1 (en) Heat exchanger tube has internal chamber extends from center of tube past location to interior surface of second narrow side
DE102015102311A1 (en) Shell and tube heat exchanger
DE10348141B3 (en) Inner heat exchanger for high pressure cooling medium providing dual function as accumulator and cooling medium collector
DE1932027A1 (en) Heat exchanger
DE202020005654U1 (en) shell and tube heat exchanger
EP1469085A1 (en) Cooling plate for a metallurgical vessel
DE19654363B4 (en) Exhaust gas heat exchanger for an internal combustion engine
DE2822743C2 (en)
WO2009152988A1 (en) Header adapter assembly made from mixed materials
WO2022106045A1 (en) Tube bundle heat exchanger
EP1668304B1 (en) Heat exchanging unit for motor vehicles
DE3320956A1 (en) Tubular heat exchanger for recovering thermal energy from exhaust gases
EP1114975A2 (en) Spiral heat exchanger
WO2007014561A1 (en) Heat exchanger for vehicles and process for producing the same
WO2019229148A1 (en) Heat exchanger
DE2853566A1 (en) COLLECTOR OF VARIABLE DIMENSIONS FOR A HEAT EXCHANGER SUITABLE FOR LARGE WORKING PRESSURES
DE102021131552B3 (en) Process for manufacturing a flat tube
DE102010000421B4 (en) Tube bundle heat exchanger

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years